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역광 이미지의 효율적인 컬러 색상 보정을 위한 Retinex 알고리즘의 성능 개선
Retinex Algorithm Improvement for Color Compensation in Back-Light Image Efficently 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.16 no.1, 2011년, pp.61 - 69  

김영탁 (숭실대학교 정보통신전자공학과) ,  유재형 (숭실대학교 정보통신전자공학과) ,  한헌수 (숭실대학교 정보통신전자공학과)

초록
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본 논문은 상대적으로 대비도 차이가 크게 나타나는 역광 이미지에 대해서 Retinex 알고리즘을 적용하여 보정 했을 경우 발생하는 밝은 영역에서의 컬러성분의 손실을 개선하기 위한 새로운 기법을 제안한다. 역광 이미지의 경우 밝은 영역과 어두운 영역에 대한 밝기 차이가 매우 크게 발생하기 때문에 Retinex 알고리즘을 이용하여 영상의 대비도를 향상시킬 경우 밝은 영역에서의 컬러 성분이 손실되는 현상이 발생한다. 이러한 손실을 보완하기 위해서 원본 영상의 밝은 영역에 해당하는 컬러 성분을 Retinex 알고리즘으로 보정된 영상에 추가해준다. K-mean 알고리즘을 이용하여 원본 영상에서의 밝은 영역, 어두운 영역, 중간 영역을 분리하고 밝은 영역에 대해서의 컬러 성분을 추가적으로 복원해 주며, 중간 영역에 대해서는 히스토그램에서의 위치를 기준으로 밝고 어두운 성분에 대한 비율을 고려하여 각 비율에 따라 원본 영상과 Retinex 복원 영상의 밝기 값을 함께 이용하도록 한다. 제안하는 알고리즘의 성능 평가를 위해 역광 현상이 강하게 나타나는 자연영상들을 대상으로 적용하여 기존의 Retinex 알고리즘보다 우수한 성능을 가지고 있음을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a new algorithm that improve color component of compensated image using Retinex method for back-light image. A back-light image has two regions, one of the region is too bright and the other one is too dark. If an back-light image is improved contrast using Retinex method, it los...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서 제안하는 알고리즘은 역광 이미지에 대한 기존 Retinex 알고리즘을 적용하였을 경우 손상될 수 있는 밝은 영역의 컬러 성분을 효과적으로 보정할 수 있도록 하는 것이다. 이를 위해서 우선 역광 이미지에 대한 컬러 히스토그램 분석을 통해 각 컬러 성분들의 밝기 분포를 조사하고 밝고 어두운 영역을 분리한다.
  • 하지만 자연영상에서 흔히 얻을 수 있는 역광 영상에서 Retinex 알고리즘을 적용할 경우 어두운 영역에서는 비교적 대비도 향상이 잘되는 반면 밝은 영역에 대한 컬러 성분이 손실되는 단점을 보이고 있다. 본 논문에서는 이러한 Retinex 알고리즘의 단점을 보안하기 위해 역광 이미지가 가지는 특징을 분석하고 이를 보완하기 위한 알고리즘을 제시하였다. 역광 이미지가 가지는 밝기 영역을 K-mean 알고리즘을 이용하여 3가지로 구분하였고 각 영역에 따라서 다른 컬러 정보를 가져오거나 혼합하는 형태를 취함으로써 효율적인 결과 영상을 얻을 수 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Retinex 알고리즘은 어떤 방법인가? Retinex 알고리즘은 카메라의 이러한 특징을 고려하여 사람의 눈과 같이 시간이 지남에 따라 적응 할 수 있는 능력을 영상에서도 표현할 수 있도록 구현한 것으로 환경에 적응하여 대비를 향상시키도록 하는 것이 특징이다. 이러한 Retinex 알고리즘은 영상의 밝기와 인지된 감각 사이에는 로그 관계를 가진다는 Weber-Fechner's Law와 영상의 밝기는 조명 성분과 반사 성분의 곱으로 이루어진다는 Land의 시각적 모델을 가정하여 조명 성분의 영향을 줄이고 사물의 특징을 표현하는 반사 성분을 나타냄으로써 대비도를 향상시키는 방법이다. 이러한 Retinex 알고리즘을 개선하여 특정 환경에서 얻어진 영상 이미지를 보정하는 연구가 많이 진행되고 있다[10~14].
Retinex 알고리즘은 입력 영상의 채널이 따라서 두 가지로 구분할 수 있는데, 이는 무엇인가? Retinex는 입력 영상의 채널에 따라서 두 가지로 구분할 수 있는데, 하나의 스케일에 대해서 적용하는 경우를 SSR(Single Scale Retinex) 알고리즘이라고 하며 컬러영상과 같이 RGB의 세 개의 스케일에 대해서 적용하는 경우 MSR (Multi Scale Retinex) 알고리즘이라 한다[6-7].
Retinex 알고리즘은 어떤 특징이 있나? 일반적인 카메라의 경우 저조도의 환경에서 잘 적응하지 못하기 때문에 물체에 대한 분별이 어렵다. Retinex 알고리즘은 카메라의 이러한 특징을 고려하여 사람의 눈과 같이 시간이 지남에 따라 적응 할 수 있는 능력을 영상에서도 표현할 수 있도록 구현한 것으로 환경에 적응하여 대비를 향상시키도록 하는 것이 특징이다. 이러한 Retinex 알고리즘은 영상의 밝기와 인지된 감각 사이에는 로그 관계를 가진다는 Weber-Fechner's Law와 영상의 밝기는 조명 성분과 반사 성분의 곱으로 이루어진다는 Land의 시각적 모델을 가정하여 조명 성분의 영향을 줄이고 사물의 특징을 표현하는 반사 성분을 나타냄으로써 대비도를 향상시키는 방법이다.
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참고문헌 (14)

  1. L. Meylan, D. Alleysson, and S. Sustrunk, "Model of retinal local adaptation for the tone mapping of color filter array images," J. Opt. Soc. Am. A, Vol.24, No.9, pp.2807-2816, 2007. 

  2. D. H. Choi. I. H. Jang. N.C. Kim. "Color Image Enhancement Based on an Improved Image Formation Model," Jurnal of the IEEK SP, Vol. 4, No. 6, pp. 65-84, 2006. 

  3. C. Ke, "Adaptive Smoothing Via Contextual and Local Discontinuities," IEEE Transactions on Pattern analysis and machine intelligence, Vol.27, No.10, pp.1552-1567, 2005. 

  4. Y. K. Park and J. K. Kim, "A New Methodology of Illumination Estimation/ Normalization for Robust Face Recognition," IEEE international Conference on image Processing, 2007. 

  5. M. C. Su, J. H. Guo, D. T. Lin, G. C. Wang, "New compensation algorithm for color backlight images," Neural Networks, 2002. IJCNN '02. Proceedings of the 2002 International Joint Conference, vol. 2, pp. 1396-1400, Honolulu, Hawaii, America, May 2002. 

  6. Z. Rahman, G. A. Woodell, D. J. Jobson, "A Comparison of the Multiscale Retinex with Other Image Enhancement Techniques," NASA Langley Technical Report, 1997. 

  7. Daniel J. Jobson and Zia-ur Rahman, "Properties and Performance of a Center/ Surround Retinex," IEEE Trans. Image Process, Vol.6, No.3, pp.451-492, 1997. 

  8. D. J. Jobson, Z. Rahman, and G. A. Woodell, "A Multiscale Retinex for Bridging the Gap between Color Images and The Human Observation," IEEE Trans. Image Process, Vol.6, No.7, pp.965-976, 1997. 

  9. K. Alsabti, S. Ranka, and V. Singh, "An Efficient k-means Clustering Algorithm," Proc. First Workshop High Performance Data Mining, Mar. 1998. 

  10. D. H. Choi, I. H. Jang, M. H. Kim, and N. C. Kim, "Color image enhancement based on single-scale retinex with a JND-based nonlinear filter," in Proc. IEEE Int. Symp. Circuits and Syst., New Orleans, USA, pp.3948-3951, 2007. 

  11. I. S. Jang, K. H. Park and Y. H. Ha, "Color Correction by Estimation of Dominant Chromaticity in Multi-Scaled Retinex," Jurnal of Imaging Science and Technology, Vol.53, No.5, 2009. 

  12. B. H. Kang, C. W. Jeon, and H. S. Ko. "K-Retinex Algorithm for Fast Back-Light Compensation," Jurnal of the IEEK SP, Vol. 44, No. 2, pp. 126-136, 2007. 

  13. Y. T. Kim, H. S. Han. "detection method using Retinex based on Median filter in the Fog Image," Jurnal of the Korea Society of Computer and information, Vol. 15, No. 8, pp. 31-39, 2010. 

  14. J. D. Kim, Y. J Han. H. S. Han. "Image-based Water Level Measurement Method Adapting to Ruler's Surface Condition,"Jurnal of the Korea Society of Computer and information, Vol. 15, No. 9, pp. 67-76, 2010. 

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